JP3432226B2 - Pulse width modulation motor controller - Google Patents
Pulse width modulation motor controllerInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の背景
（１）発明の分野
本発明は、磁気抵抗切り替えモータすなわちSRモータ
や永久磁石モータすなわちPMモータなどの変速電動モー
タや可変トルク電動モータの制御装置に関するものであ
るが、このようなモータに限定されるものではなく、特
に変速電動モータの速度およびトルクを決定するパワー
駆動信号のパルス幅変調（PWM）制御の改良に関するも
のである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION (1) Field of the Invention The present invention relates to a control device for variable speed electric motors or variable torque electric motors such as reluctance switching motors or SR motors or permanent magnet motors or PM motors. However, the present invention is not limited to such a motor, and particularly relates to improvement of pulse width modulation (PWM) control of a power drive signal that determines the speed and torque of a variable speed electric motor.
（２）関連技術の説明
近年、パワーMOSFET（金属酸化膜半導体電界効果トラ
ンジスタ）や絶縁ゲート・サイリスタ（IGT）など、パ
ワー半導体デバイスが開発され、その結果、変速駆動モ
ータが必要となる用途に使用する整流モータが開発され
た。モータのパワー位相巻線を流れる電流のパルス幅変
調を行う制御装置によって、その速度とトルクが制御さ
れる電動モータとして代表的なものには、SRモータやPM
モータなどがあるが、本発明の制御装置は、モータのパ
ワー位相巻線を流れる電流のパルス幅変調によって制御
されるモータならどんなモータとでも併用可能である。
電動モータ用パルス幅変調制御（PWM）装置のコストと
信頼性は、従来の変速モータ用制御装置とほぼ同等であ
る。(2) Description of related technologies In recent years, power semiconductor devices such as power MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) and insulated gate thyristors (IGTs) have been developed. As a result, they are used in applications that require variable speed drive motors. A commutation motor was developed. SR motors and PM motors are typical electric motors whose speed and torque are controlled by a controller that performs pulse width modulation of the current flowing through the power phase winding of the motor.
Although there are motors and the like, the controller of the present invention can be used with any motor that is controlled by pulse width modulation of the current flowing through the power phase windings of the motor.
The cost and reliability of the pulse width modulation control (PWM) device for electric motors is almost the same as that of the conventional control device for variable speed motors.
SRモータやPMモータなどは、従来ステータとロータの
両方に複数の極を備えている。SRモータでは、ステータ
の極にパワー位相巻線があるが、ロータには巻線も永久
磁石もない。SRモータの、直径を挟んで対抗する１対の
ステータ極の極それぞれには、直列に接続した巻線が設
けてあり、独立したパワー位相巻線を形成している。PM
モータでは、通常、永久磁石をロータに搭載する。Conventionally, SR motors and PM motors have multiple poles on both the stator and rotor. In SR motors, the poles of the stator have power phase windings, but the rotor has no windings or permanent magnets. The SR motor has a pair of stator poles facing each other across the diameter, each of which is provided with a winding connected in series to form an independent power phase winding. PM
In a motor, a permanent magnet is usually mounted on the rotor.
ロータの角度位置と同期した所定の順序で各パワー位
相巻線に電流を流してロータの回転トルクを発生させ、
関連する１対のステータ極に極性を与える。一般にパワ
ー位相巻線は、ステータの極に配置するが、必要がある
場合はロータの極に配置することもある。発生した磁力
は、最も近い位置にある１対のロータ極を引き付ける。
SRモータでは、磁化したステータ極に最も近いロータの
極が回転して、両極が一直線に並ぶ位置を通過する前
に、パワー位相巻線、すなわちステータの位相巻線に流
れる電流を切る。このようなモータで発生するトルクは
ステータの巻線を流れる電流の大きさの関数であり、電
流の流れる方向とは無関係であるため、サイリスタやパ
ワートランジスタなど、一方向電流切替え素子を使った
コンバータを使って、ロータの回転と同期した一方向電
流パルスをステータのパワー位相巻線に印加することが
できる。モータのロータによって駆動されるエンコーダ
やリゾルバなど、シャフトの位置センサによりロータの
位置信号を生成して、ステータの位相巻線を流れる電流
を希望通りに整流することができる。ロータの位置信号
は、モータの制御装置に印加される。A current is passed through each power phase winding in a predetermined order synchronized with the angular position of the rotor to generate the rotational torque of the rotor,
Polarize the associated pair of stator poles. The power phase windings are typically located on the poles of the stator, but may be located on the poles of the rotor if desired. The generated magnetic force attracts the closest pair of rotor poles.
In SR motors, the rotor poles closest to the magnetized stator poles rotate to cut off the current flowing in the power phase windings, ie the stator phase windings, before they pass the aligned position. The torque generated by such a motor is a function of the magnitude of the current flowing through the stator windings and is independent of the direction of current flow, so a converter that uses a unidirectional current switching element such as a thyristor or power transistor. Can be used to apply a unidirectional current pulse synchronized with the rotation of the rotor to the power phase winding of the stator. A shaft position sensor, such as an encoder or resolver driven by the rotor of the motor, can generate a rotor position signal to rectify the current through the phase windings of the stator as desired. The rotor position signal is applied to the motor controller.
また、モータ制御装置には、所望のロータ回転方向を
指定する信号、および通常、RPM単位で測定する所望の
ロータ角速度を指定する速度設定信号も印加される。こ
のような速度信号および方向信号の制御は、人手で行う
か、または自動制御装置によって行う。さらに、モータ
電気（Me）信号とも呼ばれるロータの位置信号、および
トルクまたは電流のフィードバック信号もモータ制御装
置に印加される。SRモータの各パワー位相巻線を流れる
電流は一方向電源から供給され、各パワー位相巻線は、
パワートランジスタに直列に接続され、関連するパワー
位相巻線を流れる電流を制御する。モータの制御装置が
生成するパルス幅変調（PWM）パワー駆動信号はパワー
トランジスタに印加され、パワートランジスタのオン、
オフを行う。ロータの位置に従って電流が流れると同時
にロータが回転し、パワー位相巻線が付勢される順序に
より、ロータの回転方向が決まる。Further, a signal for designating a desired rotor rotation direction and a speed setting signal for designating a desired rotor angular velocity which is usually measured in RPM unit are also applied to the motor control device. Such control of the speed signal and the direction signal is performed manually or by an automatic control device. In addition, a rotor position signal, also called a motor electric (Me) signal, and a torque or current feedback signal are also applied to the motor controller. The current flowing through each power phase winding of the SR motor is supplied from the one-way power supply, and each power phase winding is
It is connected in series with the power transistor and controls the current through the associated power phase winding. The pulse width modulation (PWM) power drive signal generated by the motor controller is applied to the power transistor to turn on the power transistor.
Do off. The direction of rotation of the rotor is determined by the order in which the rotor rotates at the same time when the current flows according to the position of the rotor and the power phase winding is energized.
パワー位相巻線と直列に接続したパワートランジスタ
に印加されるパワー駆動信号にパルス幅変調（PWM）を
施し、所望の回転数でロータを回転させるレベルにパワ
ー位相巻線を流れる電流を維持すると同時に、トルク、
またはパワー位相巻線を流れる電流を所定の最大値に限
定する。モータのトルクの大きさはパワー位相巻線回路
を通過する電流の大きさの関数であることに注意された
い。この電流の大きさを検知して、モータの制御装置に
印加する電流またはトルクのフィードバック信号を生成
するのに利用する。米国特許明細書第5,196,775号の第
９図に、SRモータのパワー駆動信号にパルス幅変調を行
う従来の回路が示されている。Pulse width modulation (PWM) is applied to the power drive signal applied to the power transistor connected in series with the power phase winding to maintain the current flowing through the power phase winding at the level that rotates the rotor at the desired rotation speed. ,torque,
Alternatively, the current flowing through the power phase winding is limited to a predetermined maximum value. Note that the magnitude of the motor torque is a function of the magnitude of the current passing through the power phase winding circuit. The magnitude of this current is detected and used to generate a feedback signal for the current or torque applied to the motor controller. FIG. 9 of US Pat. No. 5,196,775 shows a conventional circuit for performing pulse width modulation on a power drive signal of an SR motor.
従来のPWMモータの制御装置の問題点は、PWMのパワー
駆動信号の周波数とモータ電気信号（Me信号）、または
パワー位相整流信号との間に一定した関係がないことで
あり、そのため、うなり周波数（PWM−Me）が発生し、
この周波数でモータの回転速度およびトルクが変動す
る。このような変動はそれ自体望ましいものではなく、
回転速度およびトルクが変動すると、モータから発生す
る騒音も増大する。The problem with the conventional PWM motor controller is that there is no constant relationship between the frequency of the PWM power drive signal and the motor electrical signal (Me signal) or the power phase rectification signal. (PWM−Me) occurs,
The rotation speed and torque of the motor fluctuate at this frequency. Such fluctuations are not desirable per se,
When the rotational speed and the torque fluctuate, the noise generated from the motor also increases.
発明の概要
本発明は、周波数がパワー位相整流信号またはパワー
位相イネーブル信号の周波数の定整数倍（ｎ倍）である
PWMパワー駆動信号をモータ制御装置が発生する可変速
可変トルク電動モータ用パルス幅変調制御装置を提供す
るものである。パワー位相イネーブル信号は、ロータの
回転方向を左右する、各パワー位相巻線を付勢すること
が可能な時間およびパワー位相巻線の付勢順序を決定す
る。SUMMARY OF THE INVENTION In the present invention, the frequency is a constant integer multiple (n times) of the frequency of the power phase rectification signal or the power phase enable signal.
A pulse width modulation control device for a variable speed variable torque electric motor in which a PWM power drive signal is generated by a motor control device. The power phase enable signal determines the time during which each power phase winding can be energized and the order in which the power phase winding is energized, which influences the direction of rotation of the rotor.
また、本発明は、PWMパワー駆動信号を生成する可変
速可変トルク電動モータ用PWM制御装置を提供するもの
であり、この制御装置では、PWMパワー駆動信号の周波
数は、やはり制御装置が生成するパワー位相イネーブル
信号の周波数の定整数倍になることを特徴とする。Further, the present invention provides a PWM control device for a variable speed variable torque electric motor that generates a PWM power drive signal, in which the frequency of the PWM power drive signal is the power generated by the control device. It is characterized in that it is a constant integer multiple of the frequency of the phase enable signal.
さらに、本発明は、電動モータ用PWM制御装置につい
て開示するものであり、この制御装置では、PWMパワー
駆動信号の周波数が、モータの回転速度およびトルクの
変動範囲全体にわたってパワー位相イネーブル信号の定
整数倍になることを特徴とする。Furthermore, the present invention discloses a PWM control device for an electric motor, in which the frequency of the PWM power drive signal is a constant integer of the power phase enable signal over the entire range of rotation speed and torque of the motor. It is characterized by doubling.
加えて本発明は、モータの各パワー位相巻線回路を付
勢することができる期間にパワー位相巻線回路を流れる
電流を制御するPWMパワー駆動信号のパルス数を一定に
保つことによって、可変速可変トルク電動モータの騒音
および回転速度、トルクの変動を低減する制御装置につ
いて開示するものである。In addition, according to the present invention, by maintaining a constant number of pulses of the PWM power drive signal for controlling the current flowing through the power phase winding circuit during the period when each power phase winding circuit of the motor can be energized, Disclosed is a control device that reduces fluctuations in noise, rotation speed, and torque of a variable torque electric motor.
図面の簡単な説明
本発明のその他の目的、特徴、および利点は、添付の
図面を参照して行う、好適な実施形態についての以下の
説明により容易に明らかになるであろう。なお、実施形
態には、本発明の新規の概念の趣旨および範囲を逸脱す
ることなく、変形および改良を実施することができる。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other objects, features, and advantages of the present invention will be readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments can be modified and improved without departing from the spirit and scope of the novel concept of the present invention.
第１図は、従来の技術によるSRモータの略図であり、
モータのステータ位相巻線１つを付勢する従来のモータ
制御装置について説明する図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional SR motor,
It is a figure explaining the conventional motor control apparatus which energizes one stator phase winding of a motor.
第２図は、従来の技術によるPMモータの略断面図であ
る。FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional PM motor.
第３図は、SRモータに関する本発明を組み込んだモー
タ制御装置の略ブロック線図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a motor control device incorporating the present invention relating to an SR motor.
第４図は、第３図のモータ制御装置のブロック線図で
ある。FIG. 4 is a block diagram of the motor control device of FIG.
第５図は、第４図のPWM電流制御／出力スイッチ論理
回路のブロック線図である。FIG. 5 is a block diagram of the PWM current control / output switch logic circuit of FIG.
第６図は、パワー位相イネーブル信号のパルスとPWM
パワー駆動信号のパルスの関係を示すタイミング線図で
ある。Figure 6 shows the pulse of power phase enable signal and PWM
It is a timing diagram which shows the relationship of the pulse of a power drive signal.
発明の説明
便宜上、本発明のパルス幅変調制御装置の作動を、磁
気抵抗切り替えモータと関連させて説明する。上に述べ
たように、本発明の制御装置は、永久磁石モータなど、
パワー位相巻線回路を流れるパワーにパルス幅変調を行
うことにより、モータが発生する回転速度とトルクを制
御するいずれの型式の電動モータとでも併用することが
できる。第１図に示すように、従来の技術によるSRモー
タ10は、ロータ12を備え、このロータには、巻線、永久
磁石、整流子が設けられていない。ステータ14は比較的
少数のステータパワー位相巻線16を備えている。このう
ち１対の直列接続コイル18A1および18A2を含む16Aだけ
が第１図に示している。ロータ12はシャフト20に取り付
けられてあり、円筒状シャフト20の長軸に一致する回転
軸の周りを回転するようになっている。ロータ12は、透
磁性のある合金鋼の薄板から成形、または打抜いた複数
の積層体で作製することが好ましい。同様にステータ14
も、透磁性のある合金鋼から成形、または打抜いた複数
の積層体で作製することが好ましい。Description of the Invention For convenience, the operation of the pulse width modulation controller of the present invention will be described in connection with a magnetoresistive switching motor. As mentioned above, the control device of the present invention includes a permanent magnet motor,
By performing pulse width modulation on the power flowing through the power phase winding circuit, it can be used together with any type of electric motor that controls the rotation speed and torque generated by the motor. As shown in FIG. 1, a conventional SR motor 10 includes a rotor 12, which is not provided with windings, permanent magnets, or commutators. The stator 14 comprises a relatively small number of stator power phase windings 16. Of these, only 16A including a pair of series-connected coils 18A1 and 18A2 is shown in FIG. The rotor 12 is attached to the shaft 20 and is adapted to rotate about an axis of rotation that coincides with the major axis of the cylindrical shaft 20. The rotor 12 is preferably made of a plurality of laminates formed or punched from thin sheets of magnetically permeable alloy steel. As well as the stator 14
Also, it is preferable that a plurality of laminated bodies formed or punched from magnetically permeable alloy steel be used.
第１図に示すように、ステータ14は、ステータ極22を
８つ備え、ロータ12はロータ極24を６つ備えている。直
径を挟んで対向するステータ極22のコイル18は直列に接
続され、４組のパワー位相巻線16A、16B、16C、16Dを形
成する。図示を簡略化するために、16B、16C、16Dは、
第１図に示していないが、その代わりに、これらの位相
巻線に対応するステータ極に記号Ｂ、Ｃ、Ｄを付した。
SRモータにおいては、ステータ極とロータ極の数が異な
る場合がある。例えば、ステータ極を６つとロータ極を
４つで３相モータとし、ステータのパワー位相巻線を３
つにしたり、あるいはステータ極を８つ、ロータ極を６
つとし、パワー位相巻線を４つにしたりする。ステータ
極とロータ極の数は必ず偶数であることに注意された
い。As shown in FIG. 1, the stator 14 has eight stator poles 22 and the rotor 12 has six rotor poles 24. The coils 18 of the stator poles 22 facing each other across the diameter are connected in series to form four sets of power phase windings 16A, 16B, 16C and 16D. To simplify the illustration, 16B, 16C, 16D are
Although not shown in FIG. 1, the stator poles corresponding to these phase windings are instead labeled B, C, D.
SR motors may have different numbers of stator poles and rotor poles. For example, a three-phase motor with six stator poles and four rotor poles and three stator power phase windings
Or 8 stator poles and 6 rotor poles
For example, the number of power phase windings may be four. Note that the number of stator poles and rotor poles is always an even number.
直流電流がステータのパワー位相巻線16Aを流れる
と、ステータ14とロータ12が磁化される。磁化によりト
ルクが発生し、ロータ12の直径を挟んで対向する１対の
極24が、励起、すなわち磁化したステータ極22A1および
22A2と一直線上に並ぶ。ロータ12は必ずステータ14に引
き寄せられるとともに、付勢された極と極の間の経路の
磁気抵抗が最も小さくなるような方向に回転するため、
トルクの極性は電流の極性に左右されない。したがっ
て、SRモータでは、電源26からパワー位相巻線を通って
流れる単極電流のみ必要になる。位相巻線16Aから16Dが
順に励起されると、ロータ12が回転し、１対になったロ
ータ極24と、パワー位相巻線16が付勢され、すなわち励
起されたステータ極22とが同期的に一直線上に並ぶ。通
常、１つの相の電流の流れが遮断されると同時に後続す
る相に電流が流れ、パワー位相巻線が順次付勢するが、
直前の相が脱磁する前に後続する相が磁化し、これとパ
ワー位相巻線の付勢とが重なる場合もある。ロータ12の
回転を同期させるとともにステータのパワー位相巻線16
A〜16Dを順次励起させる、すなわち付勢させるには、ス
テータ14に対するロータ12の位置に関する情報が必要と
なり、ロータ位置センサ28は、この情報を制御装置30に
提供する。When a direct current flows through the power phase winding 16A of the stator, the stator 14 and rotor 12 are magnetized. A torque is generated by the magnetization, and a pair of poles 24 that face each other across the diameter of the rotor 12 are excited, that is, magnetized stator poles 22A1 and
Lined up with 22A2. Since the rotor 12 is always attracted to the stator 14 and rotates in the direction in which the magnetic resistance of the path between the biased poles is minimized,
The polarity of torque is independent of the polarity of current. Therefore, the SR motor only needs a unipolar current flowing from the power supply 26 through the power phase winding. When the phase windings 16A to 16D are sequentially excited, the rotor 12 rotates and the pair of rotor poles 24 and the power phase winding 16 are energized, that is, the excited stator poles 22 are synchronized. Line up in a straight line. Usually, the current of one phase is interrupted, and at the same time, the current flows to the following phase, and the power phase winding is sequentially energized.
In some cases, the following phase is magnetized before the immediately preceding phase is demagnetized, and this overlaps with the energization of the power phase winding. It synchronizes the rotation of the rotor 12 and the power phase winding 16 of the stator.
In order to sequentially energize, or energize, A-16D, information regarding the position of rotor 12 relative to stator 14 is required, and rotor position sensor 28 provides this information to controller 30.
第１図では、ステータのパワー位相巻線16A、すなわ
ち位相を付勢させる基本電気回路だけが示されている。
同様の回路が位相16A〜16Dにも設けられているが、図に
は示されていない。１対のスイッチ32が閉じると、交流
電源26から電流が位相16Aに形成される。１対のスイッ
チ32が開くと、電流はダイオード34に移動し、ダイオー
ドは位相16Aを付勢した結果として蓄えられたエネルギ
ーを急速に除去し、回復する。In FIG. 1, only the power phase winding 16A of the stator, ie the basic electrical circuit for energizing the phase, is shown.
Similar circuitry is provided for phases 16A-16D, but not shown in the figure. When the pair of switches 32 are closed, the AC power supply 26 forms a current in phase 16A. When the pair of switches 32 opens, current flows to the diode 34, which rapidly removes and restores the energy stored as a result of energizing phase 16A.
ロータ12は、ステータの位相巻線16A〜16Dが付勢され
る、すなわち励起される順序と反対の方向に回転する。
位相巻線16A〜16Dを通過する電流のパルスは、ロータの
位置センサ28が生成するモータ電気（Me）タイミング信
号に応答して制御装置30により制御され、ロータ12が一
定の角度ｑだけ回転するごとに出現するように時間調整
が行われる。したがって、ステータの位相巻線16A〜16D
を流れる電流を、ロータが角度ｑだけ回転するごとに整
流し、引力されているステータ極22を通過してロータ極
24を比較的スムーズに回転させる。そのために、引力を
発生するステータ極と、これに引き寄せられるロータ極
とが一直線上に並ぶ前に、各パワー位相巻線の付勢をほ
ぼ解除する。The rotor 12 rotates in a direction opposite to the order in which the stator phase windings 16A-16D are energized, ie excited.
The pulse of current passing through the phase windings 16A-16D is controlled by the controller 30 in response to the motor electrical (Me) timing signal generated by the rotor position sensor 28, causing the rotor 12 to rotate a fixed angle q. The time is adjusted so that it appears every time. Therefore, the stator phase windings 16A-16D
The current flowing through the rotor pole is rectified every time the rotor rotates by an angle q and passes through the attracted stator pole 22 to
Rotate 24 relatively smoothly. Therefore, the bias of each power phase winding is almost released before the stator poles that generate the attractive force and the rotor poles that are attracted thereto are aligned.
付勢電流パルスがステータのパワー位相巻線を流れる
時期とその期間は、制御装置30が決定し、制御装置はロ
ータの角度ｑとモータの回転数の関数であるパワー位相
整流信号、すなわちパワー位相イネーブル信号を生成す
る。ステータの位相巻線を流れる電流の大きさの制御
は、所与のパワー位相巻線をパワー位相イネーブル信
号、すなわちパワー位相イネーブルパルスでイネーブル
する間に、当該パワー位相巻線を流れる付勢電流に対し
てパルス幅変調（PWM）を施して実施する。The controller 30 determines when and how long the energizing current pulse flows through the power phase winding of the stator, and the controller determines the power phase rectification signal, or power phase, which is a function of the rotor angle q and the motor speed. Generate an enable signal. The control of the magnitude of the current flowing through the stator phase winding is controlled by the energizing current flowing through that power phase winding while enabling it with a power phase enable signal, or power phase enable pulse. For this, pulse width modulation (PWM) is applied.
第２図に示すように、従来技術によるPMモータ36は、
直径を挟んで対向させた２つの永久磁石40および41を取
り付けたロータ38を備えている。永久磁石40および41は
ロータ極42および43を構成している。ロータ38はステー
タ44の内側に位置し、ロータ38を取り付けたシャフト46
の長軸に対して回転する。第２図に示した実施形態のス
テータ44には、直径を挟んで対向配置した２対のステー
タ極48および49を設けてある。ステータ44には、２つの
ステータパワー位相巻線50および52があって、この巻線
はそれぞれ直列接続したコイルを１対含んでいる。PMモ
ータには全部で４つのステータ極があるため、２相モー
タとなる。As shown in FIG. 2, the conventional PM motor 36 has
The rotor 38 is provided with two permanent magnets 40 and 41 that are opposed to each other across the diameter. Permanent magnets 40 and 41 form rotor poles 42 and 43. The rotor 38 is located inside the stator 44 and has a shaft 46 with the rotor 38 attached.
Rotate about the long axis of. The stator 44 of the embodiment shown in FIG. 2 is provided with two pairs of stator poles 48 and 49 which are opposed to each other with a diameter interposed therebetween. The stator 44 has two stator power phase windings 50 and 52, each winding containing a pair of series-connected coils. Since the PM motor has four stator poles in total, it is a two-phase motor.
永久磁石をロータ38に取り付けてあるほか、異なる数
のステータ極とロータ極とを設けてあり、パワー位相巻
線50、52を流れる電流の方向を、整流を行うごとに逆転
させる必要がある。PMモータの詳細については、1975
年、Electrocraft Corp.発行の“D.C.Motors,Speed C
ontrol,and Servo Systems;Engineering Handbook"
第３版を参照されたい。A permanent magnet is attached to the rotor 38, a different number of stator poles and rotor poles are provided, and it is necessary to reverse the direction of the current flowing through the power phase windings 50 and 52 each time rectification is performed. For more information on PM motors, 1975
"DC Motors, Speed C, published by Electrocraft Corp.
ontrol, and Servo Systems; Engineering Handbook "
See third edition.
第３図のモータ10、ロータ12、ステータ、パワー位相
巻線、ロータ位置センサは、第１図に示したものと実質
的に同じである。モータ制御装置56は、直流電圧である
速度設定信号を入力端子58に印加し、また回転方向信号
を入力端子60に印加する。前記速度設定信号はモータ10
に設けたロータ12の適切な回転数の関数であり、前記回
転方向信号は、その極性がロータ12の適切な回転方向を
示す。各パワー位相巻線16A〜16Dのコイルを付勢する電
流は、電源Ｖ＋から供給する。パワー位相巻線16A〜16D
はそれそれパワースイッチ62A〜62Dのいずれか１つに直
列に接続されている。前記パワースイッチはパワーMOSF
ETであることが好ましい。モータ制御装置56は出力端子
64A〜64DにおいてPWMパワー駆動信号を生成し、この信
号はパワースイッチ62A〜62Dにそれぞれ印加される。パ
ワー駆動信号の各パルスの「オン」部分がパワースイッ
チ62に印加されると、前記スイッチが入り、前記スイッ
チと直列に接続したパワー位相巻線およびパワースイッ
チ62A〜62Dのそれぞれに直列に接続した抵抗66A〜66Dの
いずれか１つに電流が流れる。パワー位相巻線16A、パ
ワースイッチ62A、および抵抗66Aが集まってパワー位相
巻線回路68Aを形成している。同様に、各パワー位相巻
線回路68B〜68Dは、直列に接続したパワー位相巻線、パ
ワースイッチ、および抵抗から成っている。The motor 10, rotor 12, stator, power phase winding and rotor position sensor of FIG. 3 are substantially the same as those shown in FIG. The motor control device 56 applies a speed setting signal, which is a DC voltage, to the input terminal 58 and a rotation direction signal to the input terminal 60. The speed setting signal is the motor 10
Is a function of the appropriate rotational speed of the rotor 12 and the polarity of the rotational direction signal indicates the appropriate rotational direction of the rotor 12. The current for energizing the coils of each power phase winding 16A-16D is supplied from the power supply V +. Power phase winding 16A-16D
Is connected in series to any one of the power switches 62A-62D. The power switch is a power MOSF
It is preferably ET. Motor controller 56 is an output terminal
PWM power drive signals are generated at 64A-64D and applied to power switches 62A-62D, respectively. When the "on" portion of each pulse of the power drive signal is applied to the power switch 62, the switch is turned on and connected in series with each of the power phase windings and power switches 62A-62D connected in series with the switch. A current flows through any one of the resistors 66A to 66D. The power phase winding 16A, the power switch 62A, and the resistor 66A together form a power phase winding circuit 68A. Similarly, each power phase winding circuit 68B-68D consists of a power phase winding, a power switch, and a resistor connected in series.
各抵抗66A〜66D前後の電圧降下は、それぞれのパワー
位相巻線回路68A〜68Dを通って流れる電流の大きさに比
例し、任意の瞬間に、いずれかの位相巻線を流れる電流
の大きさの目安となる。抵抗66A〜66Dの両端にかかる電
圧は、パワー位相電流信号、またはトルク・フィードバ
ック信号を生成し、それぞれモータ制御装置56の入力端
子70A〜70Dに印加される。The voltage drop across each resistor 66A-66D is proportional to the magnitude of the current flowing through each power phase winding circuit 68A-68D, and the magnitude of the current flowing in either phase winding at any given moment. Will be a guide for. The voltage across resistors 66A-66D produces a power phase current signal, or torque feedback signal, which is applied to input terminals 70A-70D of motor controller 56, respectively.
例えば、エンコーダあるいはレゾルバであるロータ位
置センサ28は、モータ電気（Me）信号を生成し、前記信
号の発生タイミングは、ステータ14に対するロータ12の
角度位置の関数であり、また前記信号の周波数は、ロー
タ12の回転数（RPM）とロータの極数との積の関数であ
る。ちなみに、実施形態においては、ロータの極数が６
つになっている。Me信号は、モータ制御装置56の入力端
子72に印加される。For example, the rotor position sensor 28, which is an encoder or resolver, generates a motor electrical (Me) signal, the timing of the generation of the signal is a function of the angular position of the rotor 12 relative to the stator 14, and the frequency of the signal is It is a function of the product of the number of revolutions (RPM) of the rotor 12 and the number of poles of the rotor. Incidentally, in the embodiment, the number of rotor poles is six.
It is connected. The Me signal is applied to the input terminal 72 of the motor controller 56.
図４は、モータ制御装置56の詳細なブロック線図であ
り、この図では、制御装置56の入力端子72に印加された
Me信号がフェーズロックループ（PLL）76の位相コンパ
レータ74に印加される。PLL76の電圧制御発振器VCO78の
出力は、パルス幅変調パワー駆動信号を生成する場合に
使用するパルス幅変調信号PWMであり、以下に述べるよ
うに、制御装置56の出力端子64A〜64Dを介してパワート
ランジスタ62A〜62Dに印加される。また、PWM信号は
「÷Ｎ」カウンタ80にも印加され、カウンタの出力はパ
ワー位相整流信号となる。「÷Ｎ」カウンタ80の出力は
第２の入力として位相コンパレータ74に印加され、さら
にアップ・ダウン・カウンタ84のクロック入力端子82に
も印加される。FIG. 4 is a detailed block diagram of the motor controller 56, in which an input terminal 72 of the controller 56 is applied.
The Me signal is applied to the phase comparator 74 of the phase locked loop (PLL) 76. The output of the voltage controlled oscillator VCO78 of the PLL76 is the pulse width modulation signal PWM used when generating the pulse width modulation power drive signal, and the power is output via the output terminals 64A to 64D of the controller 56 as described below. Applied to transistors 62A-62D. The PWM signal is also applied to the "÷ N" counter 80, and the output of the counter is the power phase rectification signal. The output of the "÷ N" counter 80 is applied as a second input to the phase comparator 74 and also to the clock input terminal 82 of the up / down counter 84.
アップ・ダウン・カウンタ84の端子Ａ〜Ｄの出力であ
るパワー位相イネーブル信号により、モータ10の各パワ
ー位相巻線が付勢可能である期間とパワー位相巻線の付
勢順序とが定まる。カウンタ84は、回転方向端子60を介
して印加される信号の極性により、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの順
にカウントする場合とＤ、Ｃ、Ｂ、Ａの順にカウントす
る場合とがある。カウントの方向により、パワー位相巻
線16A〜16Dが時計方向周りの順になるか反時計方向周り
の順になるかが決まり、さらに、この順によってロータ
12の回転方向が決まる。したがって、制御装置56の入力
端子60、ひいてはカウンタ84のアップ・ダウン制御端子
に印加されるモータの方向コマンド信号によりモータ10
のロータ12の回転方向が決まる。The power phase enable signal output from the terminals A to D of the up / down counter 84 determines the period during which each power phase winding of the motor 10 can be energized and the order of energizing the power phase winding. The counter 84 may count in the order of A, B, C, D or in the order of D, C, B, A depending on the polarity of the signal applied via the rotation direction terminal 60. The direction of counting determines whether the power phase windings 16A-16D are in clockwise or counterclockwise order.
12 rotation directions are determined. Therefore, a motor direction command signal applied to the input terminal 60 of the controller 56, and thus the up / down control terminal of the counter 84, causes the motor 10 to move.
The rotation direction of the rotor 12 is determined.
速度設定信号は、大きさがモータ10の適切な回転数の
関数であり、制御装置56の入力端子58と演算増幅器（演
算増幅器アンプ）86の正の入力端子に印加される。PLL7
6のソース・フォロア88の出力は演算増幅器アンプ86の
負の入力端子に印加される。PLL76のソース・フォロア
が生成する電圧の大きさが、実際のモータ速度電圧信号
であり、これはロータ12の瞬間的な回転数の関数とな
る。演算増幅器アンプ86の出力である速度エラー信号
は、ロータ12の回転数が速度設定信号の指定回転数より
低い場合は正となり、ロータ12の回転数が速度設定信号
の指定回転数より高い場合は負となる。ダイオード90、
トランジスタ92、およびポテンショメータ94を備える回
路が、正の速度エラー信号の大きさを制限してパワー位
相巻線内を流れる最大電流を制限し、ひいてはモータ10
の最大トルクを制限する。速度エラー信号およびPWM信
号は、PWM電流制御／パワースイッチ論理回路96A〜96D
のそれぞれに印加される。入力端子70A〜70Dに印加され
る位相電流フィードバック信号と同じく、カウンタ84の
出力端子Ａ〜Ｄから出力される位相イネーブル信号は、
それぞれ回路96A〜96Dに印加される。The speed setting signal is a function of the appropriate number of revolutions of the motor 10 and is applied to the input terminal 58 of the controller 56 and the positive input terminal of an operational amplifier (operational amplifier amplifier) 86. PLL7
The output of source follower 88 of 6 is applied to the negative input terminal of operational amplifier amplifier 86. The magnitude of the voltage generated by the source follower of PLL 76 is the actual motor speed voltage signal, which is a function of the instantaneous rotational speed of rotor 12. The speed error signal output from the operational amplifier amplifier 86 becomes positive when the rotation speed of the rotor 12 is lower than the specified rotation speed of the speed setting signal, and when the rotation speed of the rotor 12 is higher than the specified rotation speed of the speed setting signal. Will be negative. Diode 90,
A circuit comprising a transistor 92 and a potentiometer 94 limits the magnitude of the positive speed error signal to limit the maximum current flowing in the power phase winding and thus the motor 10.
Limit the maximum torque of. Speed error signal and PWM signal are PWM current control / power switch logic circuits 96A to 96D
Applied to each of. The phase enable signal output from the output terminals A to D of the counter 84 is the same as the phase current feedback signal applied to the input terminals 70A to 70D.
Applied to circuits 96A-96D, respectively.
第５図に示すように、各回路96A〜96Dは、演算増幅器
アンプ98A〜98Dに、セット／リセット・フリップ・フロ
ップ100A〜100D、およびANDゲート102A〜102Dを含む。P
LL76から出るPWM信号は、各フリップ・フロップの設定
端子Ｓに印加される。フリップ・フロップ100Aのリセッ
ト端子Ｒに印加される信号は、回路96Aの演算増幅器ア
ンプ98Aの出力である。演算増幅器アンプ86を含む回路
から出力される速度エラー信号は、演算増幅器アンプ98
A〜98Dの負の入力端子に印加され、例えば、位相Ａの電
流フィードバック信号は、演算増幅器アンプ98Aの正の
入力端子に印加される。As shown in FIG. 5, each circuit 96A-96D includes operational amplifier amplifiers 98A-98D, set / reset flip-flops 100A-100D, and AND gates 102A-102D. P
The PWM signal output from the LL76 is applied to the setting terminal S of each flip-flop. The signal applied to the reset terminal R of flip-flop 100A is the output of operational amplifier amplifier 98A of circuit 96A. The speed error signal output from the circuit including the operational amplifier amplifier 86 is the operational amplifier amplifier 98.
Applied to the negative input terminals of A to 98D, for example, the current feedback signal of phase A is applied to the positive input terminal of operational amplifier amplifier 98A.
フリップ・フロップ100Aの設定端子Ｓに印加されたPW
M信号のパルスが正になると、フリップ・フロップ100A
の出力Ｑはハイの状態となり、プリップ・フロップ100A
のリセット端子Ｒの電圧がフリップ・フロップ100Aのリ
セット値に達するまで、ハイの状態を維持する。出力Ｑ
がハイになってから、フリップ・フロップ100Aがリセッ
トされ、出力Ｑがローになるまでの時間は、演算増幅器
アンプ98Aの出力がフリップ・フロップ100Aのリセット
に必要な大きさになるまでにかかる時間によって決ま
る。これは速度エラー信号の大きさおよび極性と演算増
幅器アンプ98Aに印加される位相Ａの電流フィードバッ
ク信号の大きさとによって決まる。位相Ａの電流の大き
さが大きくなるほど、フリップ・フロップ78の出力Ｑに
おけるパルスの正の部分、すなわちデューティ・サイク
ルは狭くなる。速度エラーが負の場合、正の部分が広が
るほどパルスのデューティ・サイクルが長くなり、速度
エラーが正の場合は、正の部分が広がるほどパルスのデ
ューティ・サイクルが短くなる。PW applied to the setting terminal S of the flip-flop 100A
When the pulse of the M signal becomes positive, the flip-flop 100A
Output Q goes high and the flip-flop 100A
It remains high until the voltage on the reset terminal R of the flip-flop reaches the reset value of the flip-flop 100A. Output Q
The time it takes for the flip-flop 100A to be reset and for the output Q to go low after the output goes high is the time required for the output of the operational amplifier amplifier 98A to reach the magnitude necessary for resetting the flip-flop 100A. Depends on This depends on the magnitude and polarity of the speed error signal and the magnitude of the phase A current feedback signal applied to the operational amplifier amplifier 98A. The larger the magnitude of the phase A current, the narrower the positive portion of the pulse, or duty cycle, at the output Q of flip-flop 78. If the velocity error is negative, the wider the positive portion, the longer the pulse duty cycle, and if the velocity error is positive, the wider the positive portion, the shorter the pulse duty cycle.
フリップ・フロップ100Aの出力Ｑは、１つの入力信号
としてANDゲート102Aに印加される。ANDゲート102Aに対
するもう１つの入力信号は、カウンタ84の出力端子Ａか
ら出力される位相Ａのイネーブル信号である。端子64A
におけるANDゲート102Aの出力は、位相Ａのパワー駆動
信号であり、パワートランジスタ62Aに印加される。回
路96B、96C、96Dの動作は、上に述べたように、ほぼ回
路96Aの動作と同じである。例えば、回路96Aが作動する
と、出力スイッチ62Aに印加されるパワー駆動信号の各
パルスのオン部分、すなわちデューティ・サイクルの期
間が速度エラー信号と、パワー位相巻線回路68Aから出
力されるパワー位相電流フィードバック信号、あるいは
トルク・フィードバック信号との関数になる。The output Q of the flip-flop 100A is applied to the AND gate 102A as one input signal. Another input signal to the AND gate 102A is a phase A enable signal output from the output terminal A of the counter 84. Terminal 64A
The output of the AND gate 102A in is a power drive signal of phase A and is applied to the power transistor 62A. The operation of the circuits 96B, 96C, 96D is approximately the same as the operation of the circuit 96A, as described above. For example, when the circuit 96A is activated, the ON portion of each pulse of the power drive signal applied to the output switch 62A, that is, the duration of the duty cycle, is the speed error signal and the power phase current output from the power phase winding circuit 68A. It is a function of the feedback signal or the torque feedback signal.
第６図では、信号S1、S2、S3、S4が、カウンタ84の出
力端子Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて生成するパワー位相イネ
ーブル信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのタイミングを示す。したが
って、パワー位相イネーブル信号Ｂが正の場合、第５図
のANDゲート102Bは可能状態になり、その結果フリップ
・フロップ100Bの出力端子Ｑから出力されるPWMパワー
駆動信号がパワー位相巻線回路68Bのパワートランジス
タ62Bに送信される。信号S5およびS6については、水平
方向の尺度を拡大して、S4の位相Ａのイネーブルパルス
が正、すなわちオンの期間とANDゲート102Aがイネーブ
ルされている期間に、例えば、パワートランジスタ62A
に印加されるパワー駆動パルスの形状と数がさらにわか
りやすいようにしている。波形S5は、位相Ａのイネーブ
ルパルスが正、特にモータ10が通常の負荷を駆動してい
る場合に、パワー駆動トランジスタ62Aに印加される位
相Ａの各位相Ａのパワー駆動信号の幅、すなわち期間
と、オン部分、すなわちデューティ・サイクルを示すも
のである。波形S6は、モータ10が小さな負荷を駆動して
いる場合の位相Ａの各パワー駆動信号のオン部分の出力
の幅を示すものである。In FIG. 6, the signals S1, S2, S3, S4 show the timing of the power phase enable signals A, B, C, D generated at the output terminals A, B, C, D of the counter 84. Therefore, when the power phase enable signal B is positive, the AND gate 102B in FIG. 5 is enabled, and as a result, the PWM power drive signal output from the output terminal Q of the flip-flop 100B is the power phase winding circuit 68B. Of the power transistor 62B. For signals S5 and S6, the horizontal scale is expanded to, for example, power transistor 62A during the period when the enable pulse for phase A of S4 is positive, ie, on and AND gate 102A is enabled.
The shape and number of the power drive pulses applied to the are made easier to understand. The waveform S5 is the width of the power drive signal of each phase A of the phase A applied to the power drive transistor 62A, that is, the period, when the enable pulse of the phase A is positive, especially when the motor 10 is driving a normal load. And the ON portion, ie the duty cycle. The waveform S6 shows the width of the output of the ON portion of each power drive signal of phase A when the motor 10 is driving a small load.
各位相巻線が可能状態にある期間にステータの位相巻
線のパワートランジスタに印加されるパワー駆動信号の
数は、モータの回転速度、負荷すなわち所定の最大値以
下であればトルクの大きさにかかわらず、一定の整数値
であり、図示した実施形態では５つになっていることに
注意されたい。換言すると、パワー駆動信号の周波数
は、モータの回転数によらず、出力イネーブル信号、す
なわちパワー位相整流信号の周波数の定整数倍になって
いる。モータ10が発生することができる最大トルクに限
度があることから、モータに損傷を与える可能性がある
極端に大きな電流が位相巻線を流れることはなくなる。The number of power drive signals applied to the power transistor of the phase winding of the stator during the period when each phase winding is in the available state depends on the rotation speed of the motor, the load, that is, the magnitude of the torque if it is less than a predetermined maximum value. Note, however, that it is a constant integer value, five in the illustrated embodiment. In other words, the frequency of the power drive signal is a constant integer multiple of the frequency of the output enable signal, that is, the power phase rectification signal, regardless of the rotation speed of the motor. Due to the limited maximum torque that the motor 10 can produce, extremely large currents that could damage the motor are prevented from flowing through the phase windings.
前記の説明に鑑み、本発明については多数の改良、変
形が可能なことは明らかである。したがって、本発明は
請求項の範囲内で、前記実施形態以外の実施形態が可能
であるものと理解されたい。Obviously, numerous modifications and variations of the present invention are possible in light of the above description. Therefore, it is to be understood that the invention is capable of embodiments other than the above embodiments within the scope of the claims.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/06 H02P 5/05 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 6/06 H02P 5/05
Claims (4)
それぞれ持つ複数のパワー位相巻線回路と、前記ロータ
の回転数（RPM）および前記ステータに対する前記ロー
タの相対位置の関数であるモータ電気（Me）信号を発生
する手段とを含む電動モータ用パルス幅変調制御装置に
おいて、 モータが生成する前記Me信号に応答して、パルス幅変調
信号（PWM）を発生する回路手段を備え、 前記パルス幅変調信号の周波数に対して一定した関係を
有する周波数のパワー位相整流信号を発生する回路手段
を備え、前記パワー位相整流信号からパワー位相巻線回
路ごとのパワー位相イネーブル信号が得られ、 前記ロータの実際の回転数と所望の回転数との差の関数
である速度エラー信号を生成する回路手段を備え、 前記各パワー位相巻線回路のパワースイッチを、対応す
るパワー位相イネーブル信号によりイネーブル状態にす
る場合に、当該パワースイッチに印加するパワー駆動信
号を発生するパルス幅変調回路手段とを備え、 前記パルス幅変調回路手段が生成する前記パワー駆動信
号の周波数が前記パルス幅変調信号の周波数に等しく、
前記パワー駆動信号のデューティ・サイクルが、前記速
度エラー信号と、前記パワー位相巻線回路の付勢時に前
記パワー位相巻線回路から生成されるパワー位相フィー
ドバック信号との関数であり、前記パワー位相巻線回路
が順次付勢される ことを特徴とする電動モータ用パルス幅変調制御装置。1. A plurality of power phase winding circuits each having a rotor, a stator, and a power switch, and a motor electrical (Me) function of the rotational speed (RPM) of the rotor and the relative position of the rotor with respect to the stator. ) A pulse width modulation control device for an electric motor, including a means for generating a signal, comprising a circuit means for generating a pulse width modulation signal (PWM) in response to the Me signal generated by the motor, A circuit means for generating a power phase rectified signal having a frequency having a constant relationship with the frequency of the signal is provided, and a power phase enable signal for each power phase winding circuit is obtained from the power phase rectified signal, Of the power phase winding circuit, the circuit comprising a circuit means for generating a speed error signal that is a function of the difference between the rotational speed of A pulse width modulation circuit means for generating a power drive signal to be applied to the power switch when the switch is enabled by a corresponding power phase enable signal, the power generated by the pulse width modulation circuit means. The frequency of the drive signal is equal to the frequency of the pulse width modulated signal,
A duty cycle of the power drive signal is a function of the speed error signal and a power phase feedback signal generated from the power phase winding circuit upon energization of the power phase winding circuit, A pulse width modulation control device for an electric motor, wherein line circuits are sequentially energized.
調制御装置において、前記パルス幅変調信号の周波数に
対して前記パワー位相整流信号の周波数がに対して有す
る前記一定の関係が、ｎを正の整数として、前記パワー
位相整流信号の周波数が前記パルス幅変調信号の周波数
の1/nに等しいことにある、ことを特徴とする電動モー
タ用パルス幅変調制御装置。2. The electric motor pulse width modulation control device according to claim 1, wherein the constant relationship that the frequency of the power phase rectification signal has with respect to the frequency of the pulse width modulation signal is n. Is a positive integer, and the frequency of the power phase rectification signal is equal to 1 / n of the frequency of the pulse width modulation signal.
ルス幅変調制御装置において、前記電動モータが、偶数
であるＲ個の極を有するロータを備えた可変磁気抵抗モ
ータであり、前記Me信号の周波数が前記ロータの回転数
とＲとの積に等しいことを特徴とする、電動モータ用パ
ルス幅変調制御装置。3. The pulse width modulation control device for an electric motor according to claim 1 or 2, wherein the electric motor is a variable reluctance motor having a rotor having an even number of R poles, and the Me A pulse width modulation controller for an electric motor, wherein the frequency of the signal is equal to the product of the number of revolutions of the rotor and R.
パルス幅変調制御装置において、前記各パワー位相巻線
がパワー位相フィードバック信号を生成する手段を含
む、ことを特徴とする電動モータ用パルス幅変調制御装
置。4. The electric motor pulse width modulation controller according to claim 1, 2 or 3, wherein each power phase winding includes means for generating a power phase feedback signal. Pulse width modulation controller.
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